[发明专利]一种水下自主航行机器人自动返航方法及装置

权利要求书

1.一种水下自主航行机器人自动返航方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在所述水下自主航行机器人完成任务执行后，所述水下自主航行机器人装置中的位置传感器(9)对周围环境进行地图创建与定位；

S2：建立与所述步骤S1得到的地图相对应的栅格地图；

S3：利用数学形态学中的膨胀算子对所述步骤S2得到的栅格地图所描述的多个障碍物进行膨胀运算，生成多个平行的边界构成的栅格Dirichlet图的路径，所述多个平行边界构成的栅格Dirichlet图的路径组成返航路径；

S4：对所述S3步骤得到的返航路径进行路径矢量化，得到矢量路径网；

S5：为减少数据存储空间，提高路径规划效率，将所述S4步骤得到的矢量路径网进行拓扑化，得到拓扑路径网；

S6：采用Dijkstra算法对所述拓扑路径网进行路径规划，选择出一条最优返航路径；

S7：采用人工路径规划算法对所述S6步骤得到的所述最优返航路径进行实时海洋环境基准测试，若有效则采用所述最优返航路径，若无效则重复所述步骤S2～S6。

2.根据权利要求1所述的一种水下自主航行机器人自动返航方法，其特征在于，所述位置传感器(9)采用差分定位系统、航速计程仪与捷联惯导组合对周围环境进行地图创建与定位。

3.根据权利要求1所述的一种水下自主航行机器人自动返航方法，其特征在于，所述S3步骤中利用数学形态学中的膨胀算子对所述步骤S2得到的栅格地图所描述的多个障碍物进行膨胀运算时，为了明确所述水下自主航行机器人的膨胀边界与所述路径终点站所在原点之间的距离,使其更容易进行边界提取,采用一种基于正方形形式的测距结构元素数学模型：

D(m,j)＝min[D(m-1,n-1)＝b,

D(m-1,n)+a，D(m-1,n+1)+b，

D(m,n-1)+a，D(m,n)+0，

D(m,n+1)+a，D(m+1,n-1)+b，

D(m+1,n)+a，D(m+1,n+1)+b]；

其中，所述m、所述n为栅格编号，所述a、所述b为栅格距离参数。

4.根据权利要求3所述的一种水下自主航行机器人自动返航方法，其特征在于，所述S3步骤中基于膨胀运算使用测距结构元素对所述2步骤得到的栅格地图进行处理，通过重复循环查找所述地图上的每一个栅格，当栅格为空白时，使用所述测距结构元素数学模型，对所述水下自主航行机器人所在栅格的周围8个栅格进行扫描；如果周围有障碍物，则根据所述测距结构元素数学模型计算值对该空白栅格进行赋值，否则不对该所述空白栅格进行操作，而进行下一个栅格操作运算；如该所述空白栅格下一个栅格已经有初始值，则不做处理，继续扫描下一个栅格，完成一次栅格地图内障碍物查找；

每完成一次所述障碍物查找，所涉及的障碍物体及所述终点站原点都均匀膨胀一圈；经过多次所述障碍物查找后整张所述栅格地图无空闲栅格时，所述膨胀运算结束。

5.根据权利要求1所述的一种水下自主航行机器人自动返航方法，其特征在于，所述人工路径规划算法包括所述路径终点站所在原点的对所述水下自主航行机器人的吸引势、吸引能，所述路径中的障碍物对所述水下自主航行机器人的排斥势、排斥能，所述路径终点站所在原点和所述障碍物对所述水下自主航行机器人的合成势、合成能的计算。

6.根据权利要求5所述的一种水下自主航行机器人自动返航方法，其特征在于，所述路径终点站所在原点对所述水下自主航行机器人的吸引势U_att(x)计算公式如下：

其中，所述x为所述水下自主航行机器人所在位置，所述G为所述路径终点站所在原点位置；所述‖·‖为欧几里德距离计算函数；所述k_att为吸引势计算比例常数；

所述路径终点站所在原点对所述水下自主航行机器人的吸引能F_att(x)的计算公式如下：

其中，所述u(·)是方向单位向量。